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粗糙集理论与方法
张文修的一本比较经典的粗糙集理论的教材，感兴趣的可以参考下00140230西安交通大学数学研究生教学丛书粗糙集理论与方法张文修吴伟志梁吉业李德玉编著2001内容简介本书系统地介绍了粗糙集理论的基本内容与方法,力图概括回内外最新成果主要内容有粗糙集的基本概念,粗糙计算方法,粗糙集的代数性质与粗糙逻辑,粗幡集的各种推广模型,粗糙集与其他处理不确定或不精确问邀理论的联系以不完备信息系统下的粗糙集方法本书可作为计算机科学应用数学、自动控制、信息科学和管理工程等专业的高年级学生及研究生的教材,也可作为研究粗橢集理论与方法的科技人员的参考书书在版编目CI据粗糙集理论与方法/文修等编著.北京:科学出版社,2001酉安交道大学数学研究生教学丛书)1sBN70307984.租…山.张…Ⅲ.粗糙集Ⅳ.Ol44中图娅本图书馆CIP数据校字(2000第69236号科學当腹越出版北京东监域根北]6号鄙蝙;117斯音刮厂郾刷科学出版社发行各她新华书店经销200H年月第版开本:F5(72×1020年7月第一次印剧印张:1434型数:1-3000字数:25100定价:22.00元(如有印质量间题,我社负资调换〈新欣当今,社会巳经齿入了恻络信息时代,计算机与网络信息技术的飞速发展使得各个领域的数据和信息急剧增加(信息爆炸),并且由于入类的参与使数据与信息系统中的不确定性更加显著(复杂系统)如何从大量的、杂乱无章的、强一扰的数据(海量效据)中挖掘潜在的、有利用价值的信息(有用知识这给人类的智能信息处理能大提出了所未有的挑战.由此产生了人工智能併究的一个崭新领城——数据挖掘(ⅠM和数据库知识发现(KDD在IM和KD诸多方法中,粗糙集理论与方法对于处理复杂系统不失为一种较为有效的方法,因为它与概率方法模糊集方法和证据理论方法等其他处理不确定性问题理论的最显著约区别是它无需提供问题所需处理的数据集合之外的任何先验信息当然,由于该理论未能包含处理不精确或不确定原始数据的机制,所以与其他处理不确定性问题的理论有很强的互补性相糙集理论是波兰数学家 Z Pawiak于1982年提出的一种数据分析理论由于最初关于粗糙集理论的研究主要集中在波兰,因此当时并没有引起国际计算机界和数学界的重视,研究地域仅局限于东欧一些国家.直到1990年前后,由于该理论在数据的决策与分析、模式识别、机器学习与知识发现等方面的成功应用,才逐渐引起了世界各国学者的广泛关注.1991年 Z Pawlak的专著《料糙集—关于数据推理的理论》 Rough: Sets-- -Thearetical/etsof Reasoning about Data)的问世,标志着粗糙集理论及其应用的研究进人丁活跃时期.1992年在波兰召开了关于粗糙集理论的第一屈国际学术会议.1995年A(M(απ munication将粗糙集列为新浮现的计算机科学的研究课题.目前粗糙集理论已成为信息科学最为活跃的研究领域之一,同时,该理论还在医学、化学、材料学地理学管理科学和金融等其他学科得到∫成功的应用本书的目的是介绍粗糙集射基本理论与方法以及这理论的研究发展状况.为了闯读方倜,本书对国内外已发表的文章进行了系统化处理,规范了数学概念与符号,在统一的框架下叙述了粗糙集理论的最新研究成果,同时也包含了作者的某些新成果,期望为从事粗糙集理论研究入员和研究生进人这新领域提供捷径鉴于我们从事该领域的研究工作时间较短,加之身知识的局限性,错误与不妥之处在所难免,热忧欢迎广大同仁批评、指止作者2000年8月录第-章粗糙集理论的基本概念§【.1知识与知识库§【.2不精确范嗨,近似与粗糙集…■■■■■■■■§.3知识约简……§1.4知识的依赖性………………………………………16§1.5知识表达系统17§.6决策表『·「TT·■冒■音T曾■鲁?1音曾■上……………19§1.7区分矩阵与区分函数笫二章粗糙集模型的算法262.1信总系统和决策表TT1T1冒量26§22简单分类27氵2.3支持子集………s24决策属性的支持度………kd■p电■山白山§2.5交的计算……………33s26多个条件的支持度■『■冒■■■卩甲■罩卩『■■■b■■d■b山I凸晶d■■34氵2.7函数依赖…………………35§2.8恒等依赖甲干·!■■■冒■1■dh十■m§2.9重要性和核§2.10属性依颊性T甲“■·T曾冒會會十個ql早4■■■個會3§2.11约简T■■第三章般关系下的粗糙集模型…§3.1二元关系与邻城算子……………41§3.2二元关系与粗糙近似算子…43§3,3近似算子的其地定义形式与比较……………4§34近似算子的表示…自■■■■■■4■郾LI卜郾4■■b▲■■■■■■■·甲聊a■b■着郾山晶d§3.5程度粗榧集模型…■■會會■■‘自自自■聊即聊■b■■当dh_画第四章粗糙集代数的公理化方法…*574.1粗糙集理论的构造性方法…rr…"w…5784.2粗糙集理论的公理化方法§4.3构造性方法与公理化方法的关系…………■·■幽日··■■口■甲■【山■中中…6284.4特殊类型的粗糙集代数第五章粗糙集系统的代数结构·「丬■"■·白幽■日■『■早■卜P画■着■昌白晶画聊甲嵋目录§5.1粗糙集的Se代数§5.2粗糙近似宰间血d幽唱幽日日4:bq1即4日日B:甲44日b·甲日甲4:·甲4§5.3粗集和 Nelson代数…■_L啁↓■■■■■b§5.4粗糙概念的代数刻画■■■■■■■■■■■d口口……………85§5.5半群中的粗理想……,……………■■■■93第六章粗糙逻辑与决策■■■■■■■歌■↓■■罩↓卩■l■■罩d■b■■鄢↓■k↓db■■■■b■kd看■郾■■b矗■司■山山d■b古■■98§6,1基于完备信息系统的粗逻辑986.2决策逻辑与决策………………1"""…!…"……s…100§6.3基于不光备信息系统的模态逻辑………………115第七章变榇度粗糙集模型■【■■冒■■甲卓■■■■山d血血個■备量§7.多燃包含关系…123§72咄精度粗槌集模型中的近似集……………………………………124§73集合钓相对可辨别性…………………………-:126§74B近似的性质…128属性钓近似依赖性129§7.6近似约简…甲甲■■■郾通4阝………",130第八章概率粗糙集模型132§8有限论域上概率测度的基本知识……13§8,2信息熵…L唱■LLa133§8.3概卒粗糙集模型∵……T■■■■■■…135§8.4概率粗糙集模型的其他形式1398.5Rys决策与粗糙近似142路呂.6粗糙隶属函数与概念的联合rr1148§8.7知识的不确定性度量§B8概率粗糧集模翘和确定性粗糙集模型的比较………,155第九章模糊粗糙集模型P■s…1589.1模糊集的基本慨念158§9,2糢糊关系………………441·日·日q甲日■_日面如a甲qrpa4P自……·160§93模糊粗糙集………161§9.4甚于三角模的模糊粗欖集模型…:16889.5基于包含度的粗牲集模型……………■■和冒省●·■口■即甲看看D品J§9.6絛正型模糊粗糙集模型……■;;■■山晶;aq41即■血mm■甲甲唱1酥晶日H甲■182§9.7粗糙集与模糊集的比较■■185第十章基于随机集的粗糙集模型187§0,1随机集容度泛函t87§10.2信任函数与似然函数…d幽··『看■备如▲■p甲甲4即申日■鲁自中■暴即l88§10.3基于随机集的粗糙集模型…T·「·■■『■■■■■■Lpd■b10.4近似算子与可能性测度………"…201第十一章不完备信息系统的粗糙集方法……*………………20811.]不完备信息系统忄·■曾■■■·◆I會■■P■冒■鲁會◆4l■§112近似集2078113决策表,决策规则和知识约简……208A11.4区分函数与约简的计算司甲甲■鲁甲甲■■■p211参考文献十個■■1幽"b■213记号表………………….223第一章粗糙集理论的基本概念粗糙集理论是一·种新的处理模糊和不确定性知识的数学工具,其主要思想就是在保持分类能力不变的前提下,通过知识约简,导出问题的决策或分类规则.目前,粗集理论已被成功地应用于机器学习、决策分析、过程控制、模式识別与数据挖掘等领域.夲章介绍标准粗糙集理论( Pawlak粗糙集模型}的基本概念,作为后面各章节的基础§1.1知识与知识库投U≠是找们感兴趣的对象成的有限集合,称为论域任何子集X匚U称为U中的个概念或范畴.为规范化起见,我们认为空集也是一个概念,U中的任何概念族称关于U的抽象知识,简称知识本书上要是对在U上能形成划分的那些知识感兴趣.一个划分定义为:价=X1,X2,…,Xn1;XCU,X;≠x,X∩X=,对于i≠j,,1,2U上的族划分称为X于U的个知认库( knowledge base设R是U上的一个等价关系,U/R表示R的所有等价类(或者U上的分类构成的集合,x]R表示包含元素∈I的R等价类…个知识库就是个关系系统K=(UR),其中U为非空有限集,称为论域R是U上的一族等价关系若PCR,且P≠分,则∩P(P中所有等价关系的交集)也是一个等价关系,称为P上的不可区分〔 ndis nihility)关系,记为ind(P),且有n(P)REP这样,Und(P)(即等价关系ind(P)的所有等价美)表示与等价关系族P相关的知识,称为K中关于U的P基本知识(P基本集)为单起鬼,我们用U代替Und(P),ind(P)的等价类称为知识P的基本概念或基本范畴特别地,如果Q∈R,则称Q为K中关于U的Q初等知识,Q的等价类为知识R的Q初等概念或Q初等范畴事实上,P基本范畴是拥有知识P的论域的基本特性换句话说它们是知识的堪本模块同样,我们也可定义:当K=(,R)为一个知识库,ind(K)定义为K中第一章粗糙集埋论的基本概怠所有等价关系的族,记作ind(K)“ind(P)≠PR例1.1绘定一玩具积木的集合U={x1,x2,…,xg},并假设这些积木有不同的颜色(红、黄、蓝),形状(方,圆、三角},体积(小,大).因此,这些积木都可以用颜色形状体积这些知识来描述例如一块积木可以是红色、小而圆的,或黄色、人而方的等如果我们根据某属性描述这些积木的情况,就可以按颜色、形状、体积分类按颜色分类:17337蓝了5;6"一黄按形状分类圆方℃34丁·8角按体积分类大I5,2a换言之,我们定义三个等价关系(即属性):颜色R1,形状R2和体积R3,通过这些等价关系,可以得到下而三个等价类UR1=1{x1,x3,xy},{x25;吧U/R2=1x1,xs,x2,x6},x3,x4,x,!},夏/R3={x2,x7,x81,{x1,x3,x4,x,6这些等价类是由知识库K=(U,R1,R2,R3})中的初等概念(初等范畴)构成的基本范畴是初等范畴的交集构成的,例如下列集合3,x7}∩:x3,x4,3+74{∩{x256783y丁4;了它们分别为R1,R2}的基本范畴,即:红色三角形,蓝色方形,黄色三角形下列集合x3,x?C「x3,x4,x5,xs∩2,7x8={72,x1∩x,x;6∩2,x7,x8}={x2},5x69E845778f它们分别为{R12R2,R3的基本范畴,即红色大三角形,蓝色大方形,黄色大
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matlab 实现线性调频信号以及分析处理
里面有关于实现matlab的算法以及分析处理山国科技记文在线分布的时频平面作直线积分投影的变换,统称对信号作变换在分布的时频平面里惯用轴的截距和斜率为参数表小直线。因此,当需要沿作直线积分时,可将积分路径(直线)的参数(u,a)替换成()日两对参数之间的关系为:m=-cot,w=! sina。若求信号的变换,并以参数表示积分路径,则有:D.a=PQ线w, (t, wB u-u du∫r(,n)ma(w-mn-m)nh∫m(,w[一(m+motcw lt, wo +mt dt/sinaWo=u/sina上式表明,若是参数为和的信号,则积分值最大;而当参数偏离与或时,积分值迅速减小,即对‘定的信号,其变换会在对应的参数处呈现尖峰。我们自然会想到:多分量的信号的特性在平面里更加突出。即表现为各个尖峰,因而更有利于区别交叉项和噪声。利用变换一定能够获得更好的性能。作为时频分析方法之一,分数阶傅里叶变换ˉ与分布()变换()分别有着一定的数学关系,借助它们的联系,可进一步说明分数阶傅里叶变换的物理意义。信号的分布函数的定义为t+=xtde作为能量型时频表示满足许多期望的数学性质,这里给出其边缘特性X tt wdvXw=wtwat对WD旋转C角度,即对分布实施变换,其结果是RWIW=∫f山国技记文在线而信号的阶分薮阶傅里叶变换X。t的就是将信号的旋转c角度,即对于分数阶傅里叶变换只有旋转不变性,所以有X u= wtP可以看出,对时间轴与频率轴的积分分别是信号在时刻的瞬时功率和信号在频率的谱密度,而信号的对与时间成c角度的轴的积分投影对应着角度为a的分数阶傅里叶变换的幅度平方,这进步从能量的角度说明分数阶傅里叶变换作为广义傅里叶变换的含义。正弦信号在时频平面是一条平行于时间轴的直线,即它的频率不随时间变化,可视为旋转角度为°的完全时间域表示;冲击朕数在时频平面是一条平行于频率轴的直线可视为旋转角度为°的完全频率域表示;信号在时频平面是一条斜率为调频率的直线,当该信号的某一角度的分数阶傅里叶变换与其调频率一致时,在无限长度的理想情况下,表现为幅度为无穷大的冲击,在信号长度有限的情况下,其分数阶傅里卟变换呈现极大值这就是信号在分数阶傅里叶变换域的特点。离散 Chirp fourier变换是最近提出的一种有效的线性调频信号检测技术,它 Fourier变换的一种推广形式,可同时匹配 chirp信号的中心频率和调频率。本文利用修正离散Chirp- Fourie交换( MDCFT)实现干扰信号的检测和参数估计,从而实现对干扰的自适应抑制。分析和仿真表明,该方法可对FM干扰有着极好的抑制效果;同时,由于 Chirp- Fourie变换是维的线性变换,可借助快速傅里叶变换(FFT〕实现,与基于WVD的算法相比,不仅避免了交叉项十扰,而且降低了计算的复杂度,其实现更为简使3.基于Mat1ab的上机仿真过程及结果分析3.1对单分量信号的仿真及结果分析():输入解析信号为x()=eb的分布:40,图单分量信号的分布山国科技论文在线在上述解析信号中加入噪声后,用分布分析其性能图加入噪声的单分量信号的分布由图可以看出实际结果与前面的理论推导致。在实际应用中,信号长度总是有限长的,此时分布呈背鳍状。由图可以得到变换对噪声不太敏感,时频变换后信噪比较高。但当干扰的幅度大到一定程度时,变换的结果会严重变差,甚至分析不出结果。():前两个图是输入解析信号为x(t)=em的变换,后两个图是在这个解析信号中加入噪声以后用变换对其进行的分析:400C501m01501020100150图单分量信号的变换由理论分析可知,当旋转角度与线性调频信号的斜率相這应时,变换将出现一个峰值。这个分析在图中得到了证实。():图前两个图是输入解析信号为x()=e的分数阶傅里叶变换,后两个图是在山国科技论文在线这个解析信号中加入噪声以后用分数阶傅甲叶变换对其进行的分析:分数阶傅甲叶变换变换与变换的紧密联系在图和图的仿真中也可以得到证实HOD50图单分量信号的分数阶傅里叶变换():图的前两个图是输入中心频率是,调频率是的单分量线性调频信号后的Chirp- Fourier变换,后两个图是在这个信号中加入噪声以后用 Chirp-Fourier变换对其进行的分析。通过这个仿真,还将证明一个重要性质: Chirp- Fourier变换可同时匹配线性调频信号的中心频率和调频率的82a图单分量信号的 Chirp fourier变换比较结论:从以上几个仿真图形可以看出,对单分量的信号而言,上述几个变换山国科技论文在线都有非常好的时频聚集性,特别是分布与理论结果完仝一致。在抗噪声方面,对比几个图可知,变换和 Chirp- Fourier变换要比分布和分数阶傅里叶变换吏好。而对于分数阶傅里叶变换和分布,分数阶傅里叶变换的抗噪声性能要好3.2对多分量信号的仿真及结果分析个多分量的线性调频信号的D15020心Dm图多分量信号的一个多分量的线性调频信号的变换50.540多分量信号的变换山国科技论文在线个多分量的线性调频信号的分数阶傅甲叶变换:图多分量信号的分数阶傅里叶变换个多分量的线性调频信号(含两个分量,中心频率和调频率分别为k=)的 Chirp- Fourier变换50299,Q图多分量信号的 Chirp-fourier变换比较结论:从以上四个图可以看出,对于多分量信号,分布由于存在交叉项,时频面模糊不清,而其他三种变换则可以检测到两个信号。从图中还可以看到,Chirp- Fourier变换的效果是最好的。而且我们从图中还可以清楚地看到线性调频信号的中心频率和调频率。4LFM信号的应用线性词频)信号广泛地应用于雷达、声纳和通信等信息系统中。在这类系统中,信号的检测与参数估计是个重要的研究课题,受到特别的关注。下面给出一个基于FRT的MTD雷达信号处理过程的防真实例。假设有一个运动目标,回波信号为Stjn∫t-jwt+nt,其中nt为杂波信号,信号参数为nt是均值为零,方差为的高斯白噪声,信噪比为,观测时间为,采样频率为采样点数为N采用分数阶域的扫描上算法对该冋波信号作计算机仿真,仿真结果如图所从图中可以清楚看到一个LFM信号的存在,而闬目标的峰值非常突出,受杂波的影响相对较小。因此采用FRT的MTD雷达的抗干扰能力较强。另外由于日标的特征非常明显,可以通过适当提高杂波门限的方法来减小虚警概率山国科技论文在线图基于ⅣRFT的MTD雷达信号处理过程的防真5结束语非平稳信号是现代信号处理的主要研究对象之一,对其有很多种理论分析方法。本文介绍的分布,变换,分数阶傅里叶变换,变换是其中比较常用和重要的几种。本文对这几种变换做了初步的介绍,进而对它们进行了一些比较这有助于进一步了解各种变换的性能和作信号分析时选择合适的变换。时频分布之所以受到很多研究人员和信号处理领域的工程人员的重视,是因为它有很多传统傅立叶变换所不具备的性质。由时频分析的定义可知时频表示能给出信号在时域和频域的信息。经过儿年的发展,时频分析理论趋于成熟,并遂渐在实际应用中崭露头角,近年来已在实际的非平稳信号处理中获得了十分广泛的应用。如:信号检测与分类,吋频域滤波,信号综合,系统辩识和谱估计等。在的期刊和国际会议上发表的与采用时频工具处理非平稳干扰有关的论文及研究报告共有余篇,其中以美国大学教授的成果最为显著。时频分析是一个前景很广阔的研究方向,虽然取得了一定的成就,但理论体系尚不十分完备,需要进一步的发展。参考文献[1ˉ张贤达,保铮《非平稳信号分析与处理》[M1998年9月第1版国防工业出版社[2ˉ沈民奋,孙丽莎《现代随机信号与系统分析》M年月第版科学出版社[3丁凤芹,曹家麟《基丁分数阶傅里叶变换的多分量 Chirp信号的检测与参数估计》《语音技术》2004年第1期[4_孙泓波,郭欣,顾红,苏上民,刘国岁《修正 Chirp- Flourier变换及其在SAR运动目标检测中的应用》《电子学报》2003年第1期山国技记文在线[5董永强,陶然,思永,王越《基丁分数阶傅里叶变换的SAR运动目标检测与成像》《兵工学报》1999年第2期L6_陶然,齐林,王越《分数阶 Fourier变奂的原理与应用》LM」2004年8月第1版清华大学出版社[7董永强,陶然,周思永,王越《含未知参数的多分量 chirp信号的分数阶傅里叶分析》《北京理工大学学报》1999年第5期[8ˉ陈辉,王永良《利用离散 Chirp- Flourier变换技术估计调频信号参数》《空军雷达学院学报》2001年第1期[9ˉ齐林,穆晓敏,朱春华《系统中基于 Chirp- Fourier变换的扫频干扰抑制算》《电讯技术》年第期[10]李勇,徐震等《 MATLAB辅助现代工程数字信号处理》[M2002年10月鷥1版西安电子科技人学出版社「111胡昌华,周淘,夏启兵,张伟《基于 MATLAB的系统分析与设计—时频分析》「M12001年7月第1[2]干小宁,许家栋《离散调频-傅里叶变换及其作雷达成像中的应用》《系统工稈与电子技术》2002年第3期
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